Virhelähteitä työn tuloksiin on voinut aiheutua membraanien valmistuksessa ja niiden karakte-risoimisessa. Membraanien valmistuksessa virheitä voivat aiheuttaa käytettyjen työvälineiden kontaminaatiot sekä lämpötilavaihtelut. Huomattavia lämpötilaeroja on saattanut olla ionivaih-detussa vedessä, jota käytettiin membraanien saostuksessa sekä puhdasvesivuomittauksissa.
Vertaillessa selluloosamembraaneja toisiinsa, on huomioitava, että membraanit ovat valmistettu
eri selluloosaliuoseristä, jolloin niiden ominaisuudet voivat poiketa toisistaan, vaikka selluloo-san liuotuksen työvaiheet suoritettiin samalla tavalla. Membraanien paineistaminen ei välttä-mättä ole ollut riittävän pitkä, mikä havaitaan siitä, etteivät kaikkien membraanien PWF-suorat mene aivan origon kautta.
Karakterisoinnissa virhettä on voinut aiheutua PWF-mittauksissa. Suodatinkennon paineensäätö tapahtui käsin venttiiliä avaamalla, minkä vuoksi suodatinkennoon ei saatu tarkalleen asetettua haluttua painetta. Lisäksi vuon mittaaminen suoritettiin manuaalisesti, jolloin mittauksissa on saattanut aiheutua tekijästä johtuvaa inhimillistä virhettä. PWF-mittausten toistamisen pitäisi kuitenkin pienentää virhelähteen suuruutta.
Näytteiden pitoisuuksia tutkittaessa on huomioitava, että näytteiden ottamisen ja analysoinnin välissä on kulunut eri määrä aikaa eri näytteillä. Kuitenkin sen vaikutuksia pitoisuuksiin ehkäis-tiin säilyttämällä otettuja näytteitä jääkaapissa. Membraanien retentiomittaukset olisi pitänyt tehdä aina samalla vuolla, jotta tulokset olisivat täysin vertailukelpoisia. Kuitenkin hyvin eri-suuruisten vuonarvojen takia, tämä olisi ollut liki mahdotonta. Lisäksi TOC-analyysilaitteessa oli ongelmia samana ajankohtana kuin näytteitä analysoitiin, jonka vuoksi TOC:in tulokset eivät välttämättä ole täysin luotettavia.
7 JOHTOPÄÄTÖKSET
Työssä selvitettiin selluloosan lisäämisen vaikutusta polysulfonipohjaisiin ultrasuodatusmem-braaneihin tutkimalla valmistettujen membraanien puhdasvesivuota, pidätyskykyä ja kontakti-kulmia veden kanssa. Työssä valmistettiin faasi-inversiotekniikalla membraaneja, joihin lisät-tiin 0–3 p- % selluloosaa.
PWF-mittauksissa havaittiin selluloosan lisäämisellä olevan vuota pienentävä vaikutus. Mem-braanien pidätyskykyä tutkittaessa huomattiin sen olevan suurin membraanilla, johon oli lisätty 3 p- % selluloosaa. Lisäksi kaikilla selluloosalla modifioiduilla PSU-membraaneilla oli suu-rempi pidätyskyky kuin modifioimattomalla membraanilla. Polysulfonimembraanien hydrofii-lisyys kasvoi mitä enemmän membraanimatriisi sisälsi selluloosaa. Vaikka selluloosalla
modi-fioidut membraanit ovat hydrofiilisyytensä perusteellä heikommin likaantuvia sekä niillä on pa-rempi pidätyskyky kuin modifioimattomalla PSU-membraanilla, pienen vuonsa takia ne eivät ole käyttökohteisiin soveltuvia.
Lisäksi työssä tutkittiin selluloosamembraanien modifiointia kitosaanilla ja bentoniitilla. Kun kitosaania tai bentoniittia lisättiin membraanimatriisiin, havaittiin haasteena olleen tasalaatuisen membraanin valmistaminen. Modifioituihin membraaneihin jäi aukkoja ja valamisesta aiheutu-via viiruja, jotka haittasivat membraanien karakterisoimista.
Kitosaanilla modifioitujen membraanit valmistaminen ei onnistunut, kun membraaneihin aiheu-tui reikiä valamisen aikana. Syitä kitosaanin soveltumattomuudelle selluloosamembraanimatrii-siin voidaan etsiä kitosaanin liian suuresta partikkelikoosta tai polymeerien erilaisista raken-teista.
Bentoniitilla modifioitujen selluloosamembraanien PWF-arvot olivat suurempia ja retentioarvot pienempiä kuin modifioimattoman membraanin. Bentoniitti mahdollisesti aiheutti reikiä mem-braanimatriisiin tai suurensi sen huokosia. Modifioitujen membraanien suurempi vuo on käyt-tötarkoitusten kannalta hyvä ominaisuus, mutta niiden heikentyneen pidätyskyvyn sekä heikon rakenteen vuoksi ne eivät ole sovelluksiin sopivia.
Selluloosamembraaneita voidaan kehittää teollisuuden käyttökohteisiin sopivaksi parantamalla niiden pientä vuota ja luomalle niille uusia ominaisuuksia. Bentoniitin ja kitosaanin modifiointia selluloosamembraaniin sopivaksi voitaisiin jatkaa kokeilemalla hienompirakenteista jauhetta tai päällystämällä membraani kitosaanikerroksella. Mielenkiintoisia modifiointeja voitaisiin ko-keilla esimerkiksi grafeeni-oksidilla (GO) tai SiO2-nanopartikkeleilla. Grafeeni-oksidin on ha-vaittu pienentävän esimerkiksi selluloosatriasetaattimembraanin likaantumista ja olevan käyttö-kelpoinen sovellus esimerkiksi proteiinien ja polysakkaridien erotukseen (Ionita et al., 2015).
Useissa tutkimuksissa on selvitetty SiO2-nanopartikkeleiden vaikutusta CA-membraaneihin, esimerkiksi niiden vaikutusta triatsiinien poistosta vesiliuoksissa (Rakhshan & Pakizeh, 2016).
GO:n ja SiO2:n soveltuvuutta selluloosamembraaneihin voitaisiin selvittää. Modifioitujen sel-luloosamembraanien onnistumista voisi kokeilla parantaa valamalla membraani lasilevyn sijasta toisenlaiselle tukialustalle, esimerkiksi PET-tukikankaalle.
LÄHDELUETTELO
Alén, R., 2009. Kokoelma orgaanisista yhdisteistä. Jyväskylä: Gummerus Kirjapaino Oy.
Barth, C. ym., 2000. Asymmetric polysulfone and polyethersulfone membranes: effects of thermodynamic conditions during formation on their performance. Journal of Membrane Science, Osa/vuosikerta 169, pp. 287-299.
Bruder, U., 2013. Hyvä tietää muovista - osa 7. MuoviPlast, Issue 1, pp. 20-24.
Bungay, P. M., Lonsdale, H. K. & de Pinho, M. N., 1983. Synthetic Membranes: Science, Engineering and Applications. 1st edition toim. Alcabideche: D. Reidel Publishing Company.
Böhling, P., 2006. Lupaava teknologiaharppaus Ioniset nesteet. Kemia-Kemi, Osa/vuosikerta 33.
Cheryan, M., 1986. Ultrafiltration Handbook. Lancaster(Pennsylvania): Technomic Publishing Company, Inc.
Dehkordi, F. S., Pakizeh, M. & Namvar-Mahboub, M., 2015. Properties and ultrafiltration effience of cellulose acetate/organically modified Mt (CA/OMMt) nanocomposite membrane for humic acid removal. Applied Clay Science, Osa/vuosikerta 105-106, pp. 178-185.
Dogan, H. & Hilmioglu, N. D., 2010. Chitosan coated zeolite filled regenerated cellulose membrane for dehydration of ethylene glycol/water mixtures by pervaporation. Desalination, Osa/vuosikerta 258, pp. 120-127.
Domsjö Fabriker AB, 2016. Domsjö Cellulose product specification. [Online]
Saatavilla:
www.domsjo.adityabirla.com/web/webfolder/fileservice/item.asp?uidObjectGUID={14230A7 E-3FB3-4B11-8700-09C5F33F174E}&uidItemGUID={FE05C842-BBC1-4B13-BB23-A808DE845094}
[Haettu 8 2 2016].
Energiateollisuus, 2016. Ympäristö ja kestävä kehitys. [Online]
Saatavilla: http://energia.fi/energia-ja-ymparisto/ymparisto-ja-kestava-kehitys [Haettu 29 Maaliskuu 2016].
Fabricius, G., Liukkonen, S. & Sundholm, G., 1995. Fysikaalisen kemian taulukoita. Helsinki:
Otatieto.
Freemantle, M., 2010. An Introduction to Ionic Liquids. s.l.:RSC Publishing.
Industrial Minerals Association North America, 2016. What is Bentonite?. [Online]
Saatavilla: http://www.ima-na.org/?page=what_is_bentonite [Haettu 31 Maaliskuu 2016].
Jayakumar, R., Nwe, N., Tokura, S. & Tamura, H., 2007. Sulfated chitin and chitosan as novel biomaterials. International Journal of Biological Macromolecules, Osa/vuosikerta 40, pp.
175-181.
Kangas, H., 2012. Nanoselluloosa - mistä on kyse?. [Online]
Saatavilla: http://www.kehy.fi/filebank/908-Nanoselluloosa_Heli_Kangas.pdf [Haettu 21 Helmikuu 2016].
Liu, H. ym., 2012. Simulations Reveal Conformational Changes of Methylhydroxyl Groups during Dissolution of Cellulose Iβ in Ionic Liquid 1-Ethyl-3-methylimidazolium Acetate. The Journal of Physical Chemistry B, Osa/vuosikerta 116, pp. 8131-8138.
Li, X.-L., Zhu, L.-P., Zhu, B.-K. & Xu, Y.-Y., 2011. High-flux and anti-fouling cellulose nanofiltration membranes prepared via phase inversion with ionic liquid as solvent. Separation and Purification Technology, Osa/vuosikerta 83, pp. 66-73.
Lutz, H., 2015. Ultrafiltration for Bioprocessing. s.l.:Woodhead Publishing.
Mahapatro, A. & Singh, D. K., 2011. Biodegradable nanoparticles are excellent vehicle for site directed in-vivo delivery of drugs and vaccines. Journal of Nanobiotechnology, 9:55.
Metsämuuronen, S., 2003. Critical Flux and Fouling in Ultrafiltration of Proteins, Väitöskirja. Lappeenranta University of Techonology, Chemical Technology: Acta Universitatis Lappeenrantaensis.
Mohammad, A. & Inamuddin, 2012. Green Solvents II: Properties and Applications of Ionic Liquids. s.l.:Spinger.
Mulder, M., 1996. Basic Principles of Membrane Technology. 2nd edition toim. Dordrecht:
Kluwer Academic Publishers.
Muoviteollisuus ry, 2016. Biomuovit. [Online]
Saatavilla: http://www.muoviteollisuus.fi/fin/muovitieto/muovit_ja_ymparisto/biomuovit/
[Haettu 3 Huhtikuu 2016].
Nevstrueva, D., Pihlajamäki, A. & Mänttäri, M., 2015. Effect of a TiO2 additive on the morphology and permeability of cellulose ultrafiltration membranes prepared via immersion precipitation with ionic liquid as a solvent. Cellulose, Osa/vuosikerta 22, pp. 3865-3876.
Pall Corporation, 2016. FAQ: General Questions about Membranes for Lab Applications.
[Online]
Saatavilla: http://www.pall.com/main/laboratory/literature-library-details.page?id=36916 [Haettu 10 Huhtikuu 2016].
Rakhshan, N. & Pakizeh, M., 2016. The effect of functionalized SiO2 nanoparticles on the morphology and triazines separation properties of cellulose acetate membranes. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, Osa/vuosikerta 34, pp. 51-60.
Ren, W., 2009. High-Pressure Phase Equilibria of Ionic Liquids and Compressed Gases for Applications in Reactions and Apsorption Retrigeneration. Kansas: s.n.
Rinaudo, M., 2006. Chitin and chitosan: Properties and applications. Progress in Polymer Science, Osa/vuosikerta 31, pp. 603-632.
Sigma-Aldrich, 2016. 1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate. [Online]
Saatavilla: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/689483?lang=fi®ion=FI [Haettu 7 Huhtikuu 2016].
Swatloski, R. P., Spear, S. K., Holbrey, J. D. & Rogers, R. D., 2002. Dissolution of Cellose with Ionic Liquids. 17 Huhtikuu, Osa/vuosikerta 124, p. 4974–4975.
The University of Waikato, Plant Structure & Function. [Online]
Saatavilla: http://sci.waikato.ac.nz/farm/content/plantstructure.html#cellulose_and_lignin [Haettu 7 Huhtikuu 2016].
Tu-Poly Co, 2012. Product detail: Bentonite CAS No. 1302-78-9. [Online]
Saatavilla: http://www.tu-poly.com/p481/Bentonite,CAS-No.1302-78-9.html [Haettu 7 Huhtikuu 2016].
Waheed, S. ym., 2014. Synthesis, characterization, permeation and antibacterial properties of cellulose acetate/polyethylene glycol membranes modified with chitosan. Desalination, Osa/vuosikerta 351, pp. 59-69.
Walden, P., 1914, Bulletin de l'Académie impériale des sciences de St.-Pétersbourg, 1800 Welton, T., 2004. Ionic Liquids in Catalysis. Coordination Chemistry Rewiews,
Osa/vuosikerta 248, pp. 2459-2477.
Wikberg Hanne, Maunu Sirkka Liisa, 2003. Selluloosan monimuotoisuus. [Online]
Saatavilla: http://www.helsinki.fi/kemma/data/kemiaa-kumpulassa/selluloosa.pdf [Haettu 21 Helmikuu 2016].
Yang, L., Hsiao, W. W. & Chen, P., 2002. Chitosan-cellulose composite membrane for affinity purification of biopolymers and immunoadsoption. Journal of Membrane Science, Osa/vuosikerta 197, pp. 185-197.
Ymparisto.fi, 2013. Teollisuuden vesistökuormitus. [Online]
Saatavilla:
http://www.ymparisto.fi/fi-FI/Kartat_ja_tilastot/Vesistojen_ravinnekuormitus_ja_luonnon_huuhtouma/Teollisuuden_vesi stokuormitus
[Haettu 29 Maaliskuu 2016].
Young, T.-H. & Chen, L.-W., 1995. Pore formation mechanism of membranes from phase
LIITTEET
LIITE I Membraanien puhdasvesivuot LIITE II TOC-analyysin mittaustulokset LIITE III PSU-membraanien kontaktikulmat
LIITE I 1(1)
LIITE II 1(1)
TOC-ANALYYSIN MITTAUSTULOKSET
Selluloosalla modifioidut PSU-membraanit
Näyte Pitoisuus, mg/L
PSU-0, syöttö 57,88
PSI-0, permeaatti 57,82
PSU-1, syöttö 58,45
PSU-1, permeaatti 56,21
PSU-2, syöttö 60,66
PSU-2,permeaatti 60,20
PSU-3, syöttö 67,75
PSU-3, permeaatti 55,38
Bentoniitilla modifioidut selluloosamembraanit
Näyte Pitoisuus, mg/L
Selluloosamembraani, syöttö 60,96
Selluloosamembraani, permeaatti 27,14
0,2 p- % bentoniitti (Luxgel), syöttö 83,33 0,2 p- % bentoniitti (Luxgel), permeaatti 78,55 0,5 p- % bentoniitti (Luxgel), syöttö 86,72 0,5 p- % bentoniitti (Luxgel), permeaatti 91,07 0,5 p- % bentoniitti (Hydrocol), syöttö 77,25 0,5 p- % bentoniitti (Hydrocol), permeaatti 74,50
LIITE III 1(1)